Освоение отвалов высшими растениями Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 581.524.34.(571.17) О.А. Климова,

Т.О. Стрельникова ОСВОЕНИЕ ОТВАЛОВ ВЫСШИМИ РАСТЕНИЯМИ

Ключевые слова: отвалы, семена, эко-топ, семеномер, подрост, таксон, самосев, флористический состав, высшие растения, естественное возобновление.

Введение

Процессы самозарастания отвалов высшими растениями, изучаемые в различных регионах, имеют некоторые ясно выраженные отличия, связанные с зонально-географическими особенностями регионов. Прежде всего, это касается количественного и качественного состава растительных сообществ, поселяющихся на техногенных территориях [1].

Для формирования первичного растительного покрова важное значение имеет близость к вновь сформированным отвалам массивов естественной растительности. После заноса семязачатков на новые территории начинает работать комплекс эдафиче-ских факторов, которые определяют дальнейшее развитие растительности техногенных местообитаний.

Особенностью эколого-ценотической структуры растительных сообществ на отвалах является преобладание луговых, лесных и сорных видов [2].

Цель исследования — изучение семенного возобновления растений в ходе первичных сукцессий в техногенных ландшафтах Кузбасса.

Задачи: установить виды растений, которые наиболее обильно осеменяются и распространяются на техногенных территориях; определить количество семян древесных и травянистых видов растений на поверхности отвалов; выявить особенности распределения семязачатков по элементам рельефа.

Объекты и методика

Объектом исследования является отвал Южный Кедровского угольного разреза,

который расположен в лесостепной зоне и был отсыпан в 1990 г.

Для определения количества семян на поверхности отвала использовался метод «семеномеров» [3]. Такие семеномеры

представляют собой деревянные ящики

площадью 1 м2 и высотой 12-15 см. Сверху они покрыты редкой сеткой, чтобы защитить семена от птиц и мышей. Дно ящиков обтянуто водопроницаемой пленкой для стока дождевой воды. Семеномеры были расставлены заранее, до начала опада семян по пробным площадям, в различных

орографических условиях. Установка произведена в середине мая, отбор образцов — в октябре 2012 г. Идентификация семян проводилась с использованием гербарных образцов, собранных с отвалов, а также специальной литературы [4].

В начале августа 2012 г. выполнена серия геоботанических описаний в непосредственной близости от семеномеров, обычно площадку (размером 400 м2) закладывали выше по склону или по границе семеномера на выположенных участках рельефа. В ходе полевых исследований были составлены флористические списки и произведен подсчет самосева древесных видов (в учет включали все древесно-кустарниковые виды высотой до 1,5 м) на участках размещения семеномеров.

Экспериментальная часть

Для учета семян нами было выбрано

5 экотопов с различными лесорастительными условиями, на которых были расставлены семеномеры.

1. Понижение между грядами в северозападной части отвала. На участке сформирован молодой березово-сосновый лес. Первый ярус составляют береза повислая (Betula pendula Roth), осина (Populus tremu-la L.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), в подлеске встречаются облепиха (Hip-pophae rhamnoides L.), рябина сибирская (Sorbus sibirica Hedl.), боярышник кровавокрасный (Crataegus sanguinea L.), черемуха (Padus avium Mill.). Травяной покров разнотравно-злаковый, общее проективное покрытие (ОПП) — 50-80%. На этом участке было размещено 4 семеномера (№ 1-4).

Семеномер (образец) № 1 расположен у подножия склона рядом с березой повислой и облепихой крушиновидной. При описании флористического состава в непосредственной близости от первого семеномера найдено 30 видов, из них 7 древесных и 23 травянистых растений. Наиболее высокое проективное покрытие (ПП) у Betula pendula (25%), Dactylis glomerata L. (5%), Poa angustifolia L. (4%), по 3% приходится на Hippophae rhamnoides, Pinus sylvestris, Festuca pratensis Huds., Onobrychis arenaria (Kit.) DC. Остальные виды имеют 2% и менее вблизи семеномера. При учете в образце № 1 обнаружены семена 12 видов, в их числе 2 древесных и 10 травянистых растений. Максимальное количество семян в пробе у Betula pendula; в 4-6 раз меньше у

Medicago sativa L., Festuca pratensis, Meli-lotus officinalis (L.) Pall., Linaria vulgaris Mill. Количество семян остальных видов не превышает 50 ед/м2 (табл.). В семеномере № 1 были обнаружены семена Elytrigia repens (L,) Nevski, хотя этот вид не зафиксирован в описании, выполненном в непосредственной близости (табл.).

Семеномер № 2 расположен вдоль

склона на поляне березового леса, под кустом боярышника. Количество видов — 40. В напочвенном покрове доминируют злаки Poa angustifolia (30% ПП) и Dactylis glome-rata (20%), содоминантами в разных ярусах выступают Cirsium setosum (Willd.) Bess. и Tussilago farfara L. (по 10%). Из древесных видов 5% ПП имеет Betula pendula и 2% Padus avium. Остальные 34 вида в пределах участка имеют проективное покрытие менее 5%. При учете в семеномере № 2 найдены семена 14 видов растений. Из древесных обнаружены семена только Betula pen-dula, из травянистых растений максимальное количество семян принадлежит Elytrigia repens, однако вблизи семеномера этот вид не зафиксирован.

Семеномер № 3 размещен в березовом лесу, под кустом рябины. При описании флористического состава этого участка вы-

Количество семян в семеномерах, ед/м2 (

явлено 5 древесных и 23 вида травянистых растений, а семена обнаружены лишь 11 видов. Наиболее высокое ПП имеют: Betula pendula (15%), Dactylis glomerata (10%) и Tussilago farfara (12%). Максимальное количества семян в образце № 3 принадлежит Dactylis glomerata, Betula pendula и Mellilo-tus officinalis. В семеномере также обнаружено 5 видов семян травянистых растений, не зафиксированных в описании с прилегающей территории, в том числе в значительном количестве семена Calamagrostis epigeios (L.) Roth.

Семеномер № 4 — в березняке. Во время описания отмечены 22 вида растений, из них 2 — древесные. Здесь 60% ПП принадлежит Betula pendula, также присутствует Pinus sylvestris (2%). На травянистые виды приходится до 5% проективного покрытия. При учете опавших семян обнаружено 10 видов. Преобладающее количество семян принадлежит Betula pendula, в восемь раз ниже показатели у Festuca pratensis и Melli-lotus officinalis. У остальных пяти видов травянистых растений количество семян от 4 до 70 ед/м2. В небольшом количестве обнаружены семена растений, которых нет в описании, они принадлежат Pastinaca sylve-stris Mill. и Sorbus sibirica.

Таблица

л Южный Кедровского угольного разреза)

Экотоп Понижение между грядами Спланированная вершина отвала Спланированная терраса Склон западной экспозиции Склон южной экспозиции

Вид/№ сем-ра 1 2 З 4 5 б 7 З 9 10 11 12 1З 14 15

Aegopodium podagra-ria 4б* 2З* 92* 2З*

Aqrimonia pilosa 17 55 72 б*

Alium nutans 19*

Betula pendula ЗЗ2 2Зб 2З4 ЗЗО ЗО* 45* 110 52 142* З1б З12* 1З0 22* 1З* 24б*

Carex sp. 20*

Cirsium setosum 22 б2 22 7 ЗЗ 5З 17 27

Cirsium vulgaris З4 4 4 19 З 190

Calamagrostis epigeios З22*

Convolvulus arvensis 2*

Dactylis glomerata Зб 40 512 4 б2 14 72 19 б7 1б 17 52 10

Echium vulgaris 2З З4* З2 4б б 19 1З 42

Elytrigia repens 45* б45* 94* 144* 9б* * 4 7 24* 44 б1 12*

Erysimum hieracifolium 10*

Festuca pratensis бб З4 110 З5 42 ЗЗ * З 2 * б З 44

Heracleum dessectum 24* * О 7 1б*

Hppophae rhamnoides б 9 1б З4 12 З 4З 14 ЗЗ З 12

Linaria vulgaris 5З 52 1З 19 54 24 52 бЗ б 24

Lithospermum arvense 10З*

Lonicera tatarica 4*

Medicago sativa З4 12 З2 ЗО 42*

Melandrium album 72 * О З

Melilotus albus 2б 14 1б З 11 1б 52 22 55 72 ЗЗ

Mellilotus officinalis б1 5б 100 120 44

Pastinaca sylvestris 21 7 12* 2З 119 2б бО 72 б4 72 7б 120

Pimpinella saxifraga * 2 З

Sonchus arvensis б4 З2 12 * О 2

Sorbus sibirica 22* * 7 2 7 5 б

Urtica dioica 1З* 4*

Verbascum thapsus 4*

Vicia cracca ЗО бб 70 19 52 24 19 77 бЗ

Кол-во семян в образце 7ЗЗ 7Зб 1025 1242 ЗбО 270 4З4 199 1бб б2З 7б 425 ЗЗО 245 ЗбЗ

Примечание. № сем-ра - номер семеномера (образца); * семена растений, которых нет в описании с прилегающей территории.

бЗ

Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 7 (105), 2013

2. Спланированная вершина отвала. Травянистый покров образован разнотравнозлаковыми сообществами с общим проективным покрытием 40-б0%. Из древесных растений имеются группы берез высотой до

1 м, встречаются одиночные особи Populus balsamifera L., Acer negundo L, Hippophae rhamnoides. В этом экотопе установлено

2 ящика-семеномера (№ 5-б).

Семеномер № 5 находится на открытом месте, в диапазоне 50 м от него нет плодоносящих деревьев. Несмотря на это, нами был обнаружен подрост трех видов древесных растений: Hippophae rhamnoides (10% ПП), Acer negundo и Pinus sylvestris. Травянистых видов — 2З. По 15% ПП составляют Festuca pratensis и Dactylis glomerata, Pasti-naca sylvestris — 10%. Проективное покрытие других 22 видов менее З%. Семена, обнаруженные в семеномере № 5, принадлежат 1З видам растений. Из древесных видов единичные семена Hippophae rhamnoides. Самое большое количество семязачатков приходится на травянистые растения Festuca pratensis, Dactylis glomerata, Son-chus arvensis. При описании не зафиксирован подрост березы повислой, однако при учете найдено небольшое количество семян этого вида, а также семена Elytrigia repens и Aegopodium podagraria L.

Семеномер № б расположен в 50-б0 м от пятого семеномера, рядом с тополем и облепихой крушиновидной. На этом участке выявлено 22 вида, из них З относятся к древесным: Hippophae rhamnoides, имеющая на площади описания ПП, — 10%, Populus nigra L. (З%) и Pinus sylvesyris. Доминирует Pastinaca sylvestris (ПП З0%), значительно участие Dactylis glomerata (10%), проективное покрытие остальных видов менее 5%. Семена, найденные в семеномере, принадлежат 9 видам. В образце преобладают семена Elytrigia repens, но этот вид так же, как Betula pendula, не отмечен в описании вблизи семеномера.

3. Спланированная терраса имеет слабо выраженный микрорельеф. На участке сформированы куртины из облепихи, вблизи находится сосново-березовый лес, под пологом которого поселились ивы, клен ясенелистный. Общее проективное покрытие составляет З0-40%. На террасе размещены семеномеры № 7 и З.

Семеномер № 7 расположен у больших кустов Hippophae rhamnoides и Salix caprea L. Количество таксонов на этом участке — 29 (из них б — древесные виды). Подрост Hippophae rhamnoides составляет 15% ПП, Betula pendula и Populus tremula L. — по З%. Из травянистых видов наиболее высокое ПП имеет Dactylis glomerata (7%). Семена древесных видов обнаружены от Betu-

la pendula и Hippophae rhamnoides, остальная часть пробы — семена травянистых растений, с наибольшим количеством от Elytrigia repens, не зафиксированной в описании.

Семеномер № З расположен в зарослях деревьев и кустарников на каменистой гривке с западиной посередине. В пределах этого участка зафиксировано 14 видов растений. Общее проективное покрытие травянистых видов составляет менее 1%. ПП древесных видов распределено следующим образом: Hippophae rhamnoides (15%), Betula pendula (10%), Populus balsamifera и Salix caprea по 2%. Обнаруженные семена принадлежат Betula pendula, Hippophae rhamnoides и еще 5 видам травянистых растений.

4. Склон западной экспозиции. Крутизна склона — З0-40о. Растительные группировки имеют ОПП — 50-70%. Древесные виды не образуют сомкнутого яруса, встречаются единичные особи березы, присутствуют рябина сибирская, осина. Проективное покрытие травостоя — 40%. На склоне разместили 4 семеномера (№ 9-12).

Семеномер № 9 находится в верхней части склона. При описании флористического состава обнаружен 21 вид растений, в их числе З древесных. В проективном покрытии преобладают молодые особи Hippophae rhamnoides (ПП 70%), Populus tremula и Salix caprea имеют З и 2% соответственно. Из травянистых видов доминирует Poa angustifolia (ПП 15%). Найдены семена

б видов растений, не отмеченных в описании, сделанном близ семеномера, в том числе Betula pendula, Sorbus sibirica, Elytrigia repens.

Семеномер № 10 расположен в 10 м ниже по склону от семеномера № 9. При описании найдено 5 видов древесных и 22 травянистых растений. Наиболее высокое ПП имеют Hippophae rhamnoides (15%), Betula pendula (10%), Poa angustifolia (10%); остальные виды — менее З%. В значительном числе в образце обнаружены семена Betula pendula, Hippophae rhamnoides, Pastinaca sylvestris, Dactylis glomerata, Linaria vulgaris, семена остальных 4 видов немногочисленны.

Семеномер № 11 расположен в верхней части склона, на расстоянии З0 м от семеномера № 9. На этом участке зафиксировано всего 1З таксонов, при этом ПП травянистого яруса — 70%. Из древесных видов б0% ПП принадлежит Hippophae rhamnoides, по З% — Sorbus sibirica и Salix caprea. Остальные 9 видов — травянистые, доминируют Poa angustifolia (ПП 20%) и Dactylis glomerata (15%), покрытие остальных видов 5% и менее. Относительно найденных семян установлено, что 75% от об-

щего сбора принадлежат Betula pendula, но при описании подрост березы повислой не зафиксирован.

Семеномер №12 расположен напротив десятого, в ЗО м от него. Из 24 таксонов 7

— древесные виды. На прилегающей территории, согласно описанию, по 10% ПП принадлежит Hippophae rhamnoides и Salix caprea, Betula pendula — 7%, Populus tremula

— 5%, в незначительном числе — Sorbus sibirica, Pinus sylvestris, Rubus idaeus. Из 17 видов травянистых растений по 5% ПП имеют Dactylis glomerata, Elytrigia repens, Fra-garia viridis, остальные 14 видов занимают менее 2%. Максимальное количество семян в пробе у Betula pendula, Pastinaca sylvestris, обнаружены также семена Aego-podium podagraria, которой нет в списке таксонов с прилегающей территории.

5. Склон южной экспозиции обращен к березово-сосновому лесу. Крутизна склона

— З0-40о. На нем растут молодые березы, кусты ивы, клена и облепихи. Травянистый покров представлен разнотравно-злаковым сообществом, ОПП составляет 70-З0%. На склоне расположили 4 семеномера, но на момент изъятия семян один ящик был уничтожен (№ 13-15).

Семеномер № 13 находится в средней части склона, в 10 м от вершины. В ходе описания установлено: доминантом древесного яруса является Hippophae rhamnoides (10% ПП), в незначительном числе присутствует Padus avium, в травянистом ярусе преобладают Poa angustifolia (20%) и Tussilago farfara (10%), остальные 1б видов травянистых растений имеют ПП менее З%. В семеномере найдены семена, принадлежащие 12 видам: из древесных растений — Be-tula pendula и Hippophae rhamnoides, из травянистых максимальное количество семян найдено от Vicia cracca L. и Pastinaca sylvestris.

Семеномер № 14 расположен на одном уровне с семеномером № 1З, в З0 шагах от него. Подрост Hippophae rhamnoides имеет З0% ПП, по 5% — Salix caprea и Po-pulus tremula, у 1 видов травянистых растений проективное покрытие 5% и менее. В образце № 14 обнаружены семена 12 видов растений, в том числе Betula pendula, и

11 видов травянистых растений (из них 5 видов семян от растений, которых нет в описании этого участка).

Семеномер № 15 расположен на том же уровне склона, как и 2 предыдущие, на расстоянии 25 м от семеномера № 14. В списке с прилегающей территории насчитывается 1б таксонов. Из них только один древесный вид — Hippophae rhamnoide (ПП 10%). Из травянистых видов максимум ПП имеют Pastinaca sylvestris и Melilotus al-

bus Medik. (10 и 7% соответственно). Учет показал, что 24б ед/м2 семян принадлежит Betula pendula, многочисленны Cirsium vulgaris (Savi) Ten., Lithospermum arvense L. и Pastinaca sylvestris.

Результаты и их обсуждение

Всего на площади описания (б000 м2) зафиксировано 7З видов растений, в том числе 12 древесно-кустарниковых: Hippophae rhamnoides, Betula pendula, Pinus sylvestris, Salix caprea, Populus tremula, Sorbus sibirica, Rubus idaeus, Padus avium, Populus nigra, Salix cinerea, Acer negundo, Populus balsamifera (виды размещены в порядке убывания встречаемости на исследуемой площади).

Из древесных пород на инициальных стадиях естественного зарастания отвалов лесостепной зоны господствует береза повислая (Betula pendula). Пионерной породой выступают также ивы козья и серая (Salix caprea, S. cinerea), распространенные гораздо реже и занимающие межгрядовые понижения и днища карьерных выемок, т.е. более влажные экотопы. Доминантами и содоминантами травянистого яруса на исследуемой территории обычно выступают Dactylis glomerata, Tussilago farfara, Pastinaca sylvestris, Festuca pratensis, Poa angustifolia.

Данные учетов показали, что наиболее многочисленны в пробах семена Betula pendula, которые присутствуют во всех образцах, обычны также (встречаются в более половины образцов) семена Hippophae rhamnoides, хотя численность их гораздо ниже, чем у предыдущего вида (табл.).

Семена Melilotus officinalis, который поселяется на отвалах в первой стадии зарастания, обнаружены в понижении между отвалами. Практически во всех семеномерах найдены семена Dactylis glomerata (от 4 до 512 ед/м2), Melilotus albus (от З до 72 ед/м2), Pastinaca sylvestris (от 7 до 119 ед/м2). Семена Elytrigia repens зафиксированы в 1З образцах, однако при флористическом обследовании растения этого вида отмечены лишь на площадках у 12 и 1З семеномеров.

Интересной особенностью, выявленной в ходе полевых исследований, является факт, что в пробах не фиксируются или находится крайне малое количество семян растений с летучими семенами, выступающих в отдельных случаях доминантами и содоминан-тами растительных сообществ — различных видов ивы, а также травянистых — Chame-rion angustifolium, Achillea millefolium, Son-chus arvensis, Tussilago farfara.

Особенности осеменения в различных элементах рельефа подтверждают благо-

70

Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 7 (105), 2013

приятность мезо- и микропонижений в условиях техногенного рельефа — максимальное количество семязачатков на единицу площади фиксируется на площадках 1-4 (табл.); показатели образцов со склоновых поверхностей сильно варьируют, что говорит о значительной разнице экологических условий местообитаний. В целом для территории выявлено среднее количество семян, попадающих на 1 м2 площади отвала, — 492,8±86,25 ед.

Заключение

Исследования, проведенные на отвале Южный Кедровского угольного разреза, показали, что наибольшее количество древесных и травянистых видов наблюдается в понижении между отвалами.

Спланированная вершина отвала имеет сложный микро- и нанорельеф. Зарастание этого типа местообитания происходит неравномерно. В более благоприятных условиях микропонижений образованы сложные растительные группировки, по буграм — маловидовые группово-зарослевые сообщества из Melilotus albus, Carduus crispus L. и Artemisia sieversiana Willd. Также встречаются крупные монодоминантные сообщества облепихи.

На западном склоне наблюдаются оползневые процессы, поэтому травянистый покров носит фрагментарный характер. В не-

ровностях склона встречаются Betula pendula, Sorbus sibirica, Salix caprea. Моновидо-вые сообщества образуют Fragaria viridis Duch., Chamerion angustifolium (L.) Holub.

Южный склон покрыт чехлом из суглинков, легко подвержен водной эрозии. Яркой особенностью этого типа местообитаний являются отдельные куртины Linaria vulgaris, Artemisia sieversiana.

Библиографический список

1. Куприянов А.Н., Манаков Ю.А., Баранник Л.П. Восстановление экосистем на отвалах горнодобывающей промышленности Кузбасса / Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т экологии человека. — Новосибирск: Гео, 2010. — 1б0 с.

2. Манаков Ю.А., Стрельникова Т.О., Куприянов А.Н. Формирование растительного покрова в техногенных ландшафтах Кузбасса / отв. ред. С.И. Миронова; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т экологии человека. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. — 1 бЗ с.

3. Шиманюк А.П. Естественное возобновление на концентрических вырубках. — М.: Изд-во Академии наук, 1955. — С. 9З, 100-102.

4. Леньков П.В. Семена полевых сорных растений Европейской части СССР. — М.; Л., 19З2. — 24З с.

+ + +

УДК [581.524.2+581.524.3]:582.866(571.150) А.А. Шибанова,

А.Ю. Гребенникова, А.О. Кирина НАТУРАЛИЗАЦИЯ ВИДОВ Р. ELAEAGNUS КАК РЕЗУЛЬТАТ СОЗДАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСОПОЛОС В АЛТАЙСКОМ КРАЕ

Ключевые слова: род Elaeagnus, Алтайский край, лоховники, интродукция, лесные полосы, натурализация.

Введение

Одним из инвазионных растений, активно натурализующихся в Алтайском крае, является род Elaeagnus — лох. Виды этого рода «сбегают» из искусственных насаждений — лесных ветрозащитных полос — и создают естественные сообщества, являясь в них доминантами. В степной части края лохов-ники становятся одним из средообразующих элементов, создавая новые растительные формации, например, в окрестностях оз. Щекулдук (Кулундинский район).

Родиной лоха по некоторым сведениям считается юг Европы и западная часть Азии, но это спорный вопрос, так как его расселение и культивирование начались уже давно, и центр происхождения рода сложно определим [1]. На Североамериканский континент лох был завезен во второй половине XIX в. как декоративное и медоносное растение, а также для защиты песчаных почв от эрозии. Он был массово высажен в лесозащитных полосах степных штатов США в 30-е годы XX в. для предотвращения явления пыльных бурь, сопровождавших интенсивное развитие земледелия [2].

Натурализация р. Elaeagnus отмечена во многих странах. В Европе лох признан инва-